蒸養(yǎng)混凝土的熱損傷效應及其改善措施研究.pdf

1、論文針對我國鐵路預應力混凝土預制構件存在的脆性大和表層易開裂等關鍵技術難題和當前高速鐵路建設中對預應力混凝土預制構件的重大需求，在總結國內外相關最新研究成果的基礎上，基于高速鐵路工程結構中主要的蒸養(yǎng)混凝土預制構件特點，運用混凝土材料科學、物理化學原理等相關理論知識，就蒸養(yǎng)熱效應對混凝土微觀結構和性能的損傷及其作用機制進行了較為系統(tǒng)深入的研究，取得的主要創(chuàng)新成果如下:
　　(1)系統(tǒng)研究了蒸汽養(yǎng)護條件下混凝土在預養(yǎng)、升溫、恒溫及降溫

2、階段的變形規(guī)律及其主要影響因素、蒸養(yǎng)混凝土微觀結構和宏觀性能及其相互關系，將蒸養(yǎng)過程對混凝土微觀結構和性能的不利影響歸納為三種熱損傷效應:腫脹變形效應、表層傷損效應和熱脆化效應。
　　(2)混凝土在蒸養(yǎng)過程中發(fā)生的不可恢復的殘余變形定義為腫脹變形?；谀[脹變形機理及其關鍵因素的分析，建立了定量描述蒸養(yǎng)期內各階段蒸養(yǎng)混凝土的腫脹變形模型，試驗驗證了模型的有效性;研究表明了蒸養(yǎng)混凝土腫脹變形在蒸養(yǎng)期內各階段呈現(xiàn)不同特性;明確了蒸養(yǎng)混凝

3、土體系內液（氣）相含量是決定其腫脹變形大小的關鍵因素。
　　(3)通過微觀與宏觀試驗剖析了蒸養(yǎng)過程對水泥混凝土水化物相和微觀結構的不利影響，而且這種不利影響對暴露于蒸養(yǎng)室的混凝土表層區(qū)尤甚，使得蒸養(yǎng)混凝土的微觀結構與宏觀性能（如毛細吸水性、氯離子遷移性能以及碳化性能等）由表層至內部呈現(xiàn)更大的梯度分布特征，勻質性降低;相對于標養(yǎng)混凝土和蒸養(yǎng)混凝土內部，蒸養(yǎng)混凝土暴露表層部分（約10mm范圍）的微結構較為疏松，而內部結構相對更為致密，

4、即蒸養(yǎng)混凝土表層傷損效應。論文揭示了混凝土蒸養(yǎng)表層區(qū)熱損傷效應的變化規(guī)律及其發(fā)生機制，并提出了采用毛細吸水性試驗的表征方法和吸水性系數(shù)評價指標。
　　(4)通過測量帶模養(yǎng)護、單面開放蒸養(yǎng)條件下混凝土內外的溫度場分布，計算各截面溫差應力，結果表明，近表層區(qū)混凝土由于溫差過大極易受到損傷，而蒸養(yǎng)混凝土內部各截面處的溫差很小，溫差應力致使結構受損的可能性大為降低。通過分析蒸養(yǎng)過程中發(fā)生的混凝土表里熱質傳輸，表明混凝土暴露表層區(qū)由于水分的

5、蒸發(fā)而形成貫通毛細孔，表層區(qū)處于低約束熱膨脹狀態(tài)和降溫階段的冷縮應力亦增大了損傷程度。蒸養(yǎng)引發(fā)的表層與內部熱效應不均勻造成了蒸養(yǎng)混凝土表層結構的損傷，是導致蒸養(yǎng)混凝土由表及里微結構梯度變化增大的主要原因。
　　(5)通過測試不同養(yǎng)護溫度下混凝土沖擊韌性、拉壓比及折壓比性能，明確了蒸養(yǎng)對混凝土熱脆化效應的影響規(guī)律。研究表明，蒸養(yǎng)混凝土的熱脆化效應是導致蒸養(yǎng)預制構件出現(xiàn)開裂、崩裂及掉塊等質量缺陷的主要原因。通過水化物相形貌觀察和C-S

6、-H組成分析，認為蒸養(yǎng)混凝土的粗晶結構、新生物比表面降低導致粘結力下降和蒸養(yǎng)降溫階段的冷縮導致過渡區(qū)產生應力集中或出現(xiàn)微裂縫是產生熱脆化效應的主要機理。
　　(6)基于對蒸養(yǎng)混凝土熱損傷效應影響因素及其作用機理分析，研發(fā)了顯著改善蒸養(yǎng)混凝土性能的膠凝材料體系與技術措施。摻用粉煤灰、礦渣或粉煤灰、礦渣和適量硅灰復摻，顯著降低了蒸養(yǎng)混凝土的總孔隙率和最可幾孔徑;采用保濕蒸養(yǎng)工藝以及蒸養(yǎng)結束后預制構件的后續(xù)水養(yǎng)護方法可有效緩解蒸養(yǎng)混凝土